FR2538141A1 - Device for limiting the amplitude of a signal by upper and lower peak clipping - Google Patents
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Abstract
Description
Dispositif de limitation de l'amplitude d'un signal
par écrêtage supérieur et inférieur
L'invention concerne les dispositifs de limitation de l'amplitude d'un signal par écrêtage supérieur et inférieur, c'est-à-dire dont la sortie fournit un signal ayant une première valeur fixée lorsque la valeur du signal d'entrée est inférieure à une première valeur de seuil, et fournit un signal ayant une seconde valeur fixée lorsque le signal d'entrée a une valeur supérieure à une seconde valeur de seuil. Lorsque la valeur du signal d'entrée est comprise entre les deux valeurs de seuil le signal de sortie est rigoureusement identique à celui d'entrée.Signal amplitude limiting device
by upper and lower clipping
The invention relates to devices for limiting the amplitude of a signal by upper and lower clipping, that is to say the output of which provides a signal having a first value fixed when the value of the input signal is lower. to a first threshold value, and provides a signal having a second value set when the input signal has a value greater than a second threshold value. When the value of the input signal is between the two threshold values, the output signal is strictly identical to that of the input.
I1 est connu de réaliser une limitation de l'amplitude d'un signal par écrêtage supérieur et inférieur en utilisant un écrêteur comportant deux diodes reliées en série, tête-bêche, une première diode se bloquant lorsque la tension du signal d'entrée est inférieure à une première valeur fixée, et une seconde diode se bloquant lorsque la tension du signal d'entrée est supérieure à une seconde valeur fixée. Quand la tension du signal d'entrée est comprise entre les deux valeurs de seuils les diodes sont conductrices et transmettent la valeur du signal d'entrée vers une borne de sortie. En pratique les diodes n'ont pas un comportement idéal. It is known to make a limitation of the amplitude of a signal by upper and lower clipping by using a clipper comprising two diodes connected in series, head to tail, a first diode blocking when the voltage of the input signal is lower. at a first fixed value, and a second diode blocking when the voltage of the input signal is greater than a second fixed value. When the voltage of the input signal is between the two threshold values the diodes are conductive and transmit the value of the input signal to an output terminal. In practice the diodes do not have an ideal behavior.
Lorsqu'elles sont au voisinage du blocage leur fonctionnement ntest pas linéaire, le signal qu'elles transmettent est distordu. Pour que ce phénomène soit peu gênant il faut que le signal d'entrée ait une amplitude typique de plusieurs dizaines de volts.When they are in the vicinity of the blockage, their operation is not linear, the signal they transmit is distorted. In order for this phenomenon to be unobtrusive, the input signal must have a typical amplitude of several tens of volts.
Par ailleurs, il est connu dans la demande de brevet français nO 81 01290 de réaliser un dispositif de limitation d'amplitude à un seul seuil d'écrêtage et fonctionnant sans distorsion au voisinage de la zone de blocage des moyens d'écrêtage. Ce dispositif comporte des moyens d'écrêtage à un seuil déterminé et des moyens d'amplification situés en amont des moyens d'écrêtage et ayant un gain qui augmente lorsque la valeur du signal atteint le seuil d'écrêtage, afin d'accélérer le blocage des moyens d'écrêtage et donc de réduire la zone de fonctionnement non linéaire. Ce dispositif a pour inconvénient de ne pouvoir limiter l'ampli tude que des signaux ayant soit une valeur supérieure fixée, soit une valeur inférieure fixée, tel qu'un signal vidéo par exemple. Furthermore, it is known in French patent application No. 81 01290 to produce an amplitude limiting device with a single clipping threshold and operating without distortion in the vicinity of the blocking zone of the clipping means. This device includes clipping means at a determined threshold and amplification means located upstream of the clipping means and having a gain which increases when the signal value reaches the clipping threshold, in order to accelerate the blocking. clipping means and therefore reduce the non-linear operating area. The drawback of this device is that it can only limit the amplitude of signals having either a fixed higher value or a fixed lower value, such as a video signal for example.
L'invention a pour objet un dispositif permettant de limiter un signal à une première valeur constituant un seuil inférieur et à une deuxième valeur constituant un seuil supérieur, et permettant de transmettre sans distorsion ce signal lorsqu'il est compris entre les deux valeurs de seuil, même si son amplitude maximale est de l'ordre de 0,1 volt. The invention relates to a device making it possible to limit a signal to a first value constituting a lower threshold and to a second value constituting an upper threshold, and making it possible to transmit this signal without distortion when it is between the two threshold values , even if its maximum amplitude is of the order of 0.1 volts.
Selon l'invention, un dispositif de limitation de l'amplitude d'un signal par écrêtage supérieur et inférieur, comportant des moyens pour écrêter le signal quand sa valeur est inférieure à une première valeur de seuil et quand sa valeur est supérieure à une seconde valeur de seuil, est caractérisé en ce qu'il comporte, en amont des moyens pour écrêter, des moyens d'amplification dont le gain augmente lorsque la valeur du signal atteint la première ou la seconde valeur de seuil. According to the invention, a device for limiting the amplitude of a signal by upper and lower clipping, comprising means for clipping the signal when its value is less than a first threshold value and when its value is greater than a second threshold value, is characterized in that it comprises, upstream of the means for clipping, amplification means whose gain increases when the signal value reaches the first or the second threshold value.
L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques appa raîtront à l'aide de la description ci-après et des schémas s'y rapportant:
- La figure 1 représente le schéma d'un dispositif écrêteur à deux diodes, connu dans l'art antérieur.The invention will be better understood and other characteristics will appear with the aid of the description below and of the diagrams relating thereto:
- Figure 1 shows the diagram of a clipping device with two diodes, known in the prior art.
- La figure 2 représente le schéma d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention. - Figure 2 shows the diagram of an embodiment of the device according to the invention.
Sur la figure 1, une borne d'entrée 8 est reliée à la cathode d'une diode 6, dont l'anode est reliée d'une part à une première extrémité d'une résistance réglable R2 et d'autre part à l'anode d'une diode 7. La cathode de la diode 7 est reliée à une première extrémité d'une résistance R5, à une première extrémité d'une résistance réglable R6 , et à une borne de sortie 4.Les secondes extrémités des résistances R2 et R5 sont reliées à une source de tension +VA, et la seconde extrémité de la résistance R6 est reliée à une source de tension -VA. A Si les diodes 6 et 7 sont considérées comme des diodes idéales le fonctionnement de ce dispositif est le suivants la diode 6 se bloque lorsque la tension du signal d'entrée, appliqué à la borne d'entrée 8, est supérieure à la tension présente sur les anodes des diodes 6 et 7.Cette tension est égale à
R6 - R2 Il R5
L1 VA x R2 1l R5 + R6
La tension de sortie est alors constante et égale à VL1
La diode 7 se bloque lorsque la tension du signal d'entrée est inférieure à la tension présente sur la cathode de la diode 7 et qui est égale à:
R6 - R5
VL2 = VA x
R5 + R6
La tension de sortie est alors constante et égale à VL2
Ces formules supposent que la source du signal d'entrée a une résistance interne négligeable et que la charge branchée sur la borne de sortie 4 a une conductance négligeable.Quand la tension du signal d'entrée est comprise entre les valeurs VL1 et 'IL2 les diodes 6 et 7 sont conductrices et transmettent la valeur du signal d'entrée vers la borne de sortie 4. En pratique les diodes 6 et 7 n'ont pas un comportement idéal.In FIG. 1, an input terminal 8 is connected to the cathode of a diode 6, the anode of which is connected on the one hand to a first end of an adjustable resistor R2 and on the other hand to the anode of a diode 7. The cathode of the diode 7 is connected to a first end of a resistor R5, to a first end of an adjustable resistor R6, and to an output terminal 4.The second ends of the resistors R2 and R5 are connected to a voltage source + VA, and the second end of the resistor R6 is connected to a voltage source -VA. A If diodes 6 and 7 are considered to be ideal diodes, the operation of this device is as follows: diode 6 is blocked when the voltage of the input signal, applied to input terminal 8, is higher than the voltage present on the anodes of diodes 6 and 7.This voltage is equal to
R6 - R2 Il R5
L1 VA x R2 1l R5 + R6
The output voltage is then constant and equal to VL1
Diode 7 is blocked when the voltage of the input signal is less than the voltage present on the cathode of diode 7 and which is equal to:
R6 - R5
VL2 = VA x
R5 + R6
The output voltage is then constant and equal to VL2
These formulas assume that the source of the input signal has negligible internal resistance and that the load connected to the output terminal 4 has negligible conductance. When the voltage of the input signal is between the values VL1 and 'IL2 the diodes 6 and 7 are conductive and transmit the value of the input signal to the output terminal 4. In practice, diodes 6 and 7 do not have ideal behavior.
Lorsqu'elles sont au voisinage du blocage leur fonctionnement n'est pas linéaire, elles créent une chute de tension variant non linéairement en fonction du courant, le signal transmis est donc distordu.When they are in the vicinity of blocking, their operation is not linear, they create a voltage drop varying non-linearly as a function of the current, the transmitted signal is therefore distorted.
Sur la figure 2, une borne d'entrée 1 reçoit le signal dont l'amplitude est à limiter et le transmet à une entrée de moyens d'amplification 2. Une sortie des moyens d'amplification 2 fournit un signal amplifié, dont la tension par rapport au potentiel de référence du dispositif est VS1, et cette tension est appliquée à une borne d'entrée 8 de moyens d'écrêtage 3 identiques aux moyens d'écrêtage de l'art antérieur représentés sur la figure lu La borne de sortie 4 des moyens d'écrêtage 3 constitue la sortie du dispositif selon l'invention, elle est reliée à une entrée de contre-réaction des moyens d'amplification 2, et elle fournit un signal - de sortie dont la tension a pour valeur V52 par rapport au potentiel de référence du dispositif. In FIG. 2, an input terminal 1 receives the signal whose amplitude is to be limited and transmits it to an input of amplification means 2. An output of amplification means 2 provides an amplified signal, the voltage of which relative to the reference potential of the device is VS1, and this voltage is applied to an input terminal 8 of clipping means 3 identical to the clipping means of the prior art represented in the figure read The output terminal 4 clipping means 3 constitutes the output of the device according to the invention, it is connected to a feedback input of the amplification means 2, and it provides an output signal whose voltage has the value V52 relative to to the reference potential of the device.
Les moyens d'amplification 2 sont constitués d'un amplificateur opérationnel 5 et de trois résistances R1 , R3, , et et R4 . L'entree sans inversion (+) de l'amplificateur opérationnel 5 constitue l'entrée des moyens d'amplification 2 et est reliée à la borne d'entrée I, la sortie de l'amplificateur opérationnel 5 constitue la sortie des moyens d'amplification 2 et est reliée à l'entrée avec inversion (-) de l'amplificateur opérationnel 5 par une résistance R1.L'entrée avec inversion (-) de l'amplificateur opérationnel 5 est reliée d'autre part au potentiel de référence du dispositif par une résistance R4, et à l'entrée de contreréaction des moyens d'amplification 2 par une résistance
Le fonctionnement des moyens d'amplification 2 est différent selon l'état de blocage ou de conduction des diodes 6 et 7
Lorsque la tension V51 est comprise entre les valeurs de seuil VL1 et VL2 les diodes 6 et 7 conduisent, leur résistance dynamique est négligeable, les variations de la tension VS2 sur la borne de sortie 4 sont identiques à celles de la tension V31 sur la borne 8 L'entrée avec inversion (-) de l'amplificateur opérationnel 5 reçoit la même contreréaction que Si les résistances R1 et R3 étaient reliées simplement en parallèle. Si Ve est la tension du signal d'entrée sur la borne 1 le gain en tension des moyens d'amplification 2 est alors le suivant
VS2 VS1 R1#R3
# # 1+
Ve Ve (R1 + R3)#R4
Les valeurs des résistances sont choisies telles que: R3#R1, R4#R1 , et R3= R4, alors VS2/V3 # VS1/Ve # 2. The amplification means 2 consist of an operational amplifier 5 and three resistors R1, R3,, and and R4. The input without inversion (+) of the operational amplifier 5 constitutes the input of the amplification means 2 and is connected to the input terminal I, the output of the operational amplifier 5 constitutes the output of the means of amplification 2 and is connected to the input with inversion (-) of the operational amplifier 5 by a resistor R1.The input with inversion (-) of the operational amplifier 5 is connected on the other hand to the reference potential of the device by a resistor R4, and at the feedback input of the amplification means 2 by a resistor
The operation of the amplification means 2 is different depending on the blocking or conduction state of the diodes 6 and 7
When the voltage V51 is between the threshold values VL1 and VL2 the diodes 6 and 7 conduct, their dynamic resistance is negligible, the variations of the voltage VS2 on the output terminal 4 are identical to those of the voltage V31 on the terminal 8 The input with inversion (-) of the operational amplifier 5 receives the same feedback as if the resistors R1 and R3 were simply connected in parallel. If Ve is the voltage of the input signal on terminal 1, the voltage gain of the amplification means 2 is then as follows
VS2 VS1 R1 # R3
# # 1+
Fr Ve (R1 + R3) # R4
The resistance values are chosen such as: R3 # R1, R4 # R1, and R3 = R4, then VS2 / V3 # VS1 / Ve # 2.
Si la valeur VS1 de la tension sur la borne 8 est inférieure à la valeur de seuil VL 1 ou supérieure à la valeur de seuil VL2 ,la diode 6 ou la diode 7 est bloquée, la valeur VS2 de la tension sur la borne de sortie 4 est constante et approximativement égale à VL1 et VL2 respectivement Si la valeur de la résistance équivalente à R5 et R6 en parallèle est négligeable devant la valeur de R3 alors tout se passe comme si l'entrée de contre réaction des moyens d'amplification 2 était reliée au potentiel de référence du dispositif.Le gain en tension des moyens d'amplification 2 est alors:
VS1 # (R3 + R4)
@@ @
# 1 + R1#
Ve R3#R4
La valeur de R1 est choisie par exemple telle que :
R1#10.R3
R1#10.R4 V alors CY 21
V
e
Le signal subit donc une amplification environ dix fois plus importante que dans le cas précédent.If the value VS1 of the voltage on terminal 8 is less than the threshold value VL 1 or greater than the threshold value VL2, diode 6 or diode 7 is blocked, the value VS2 of the voltage on the output terminal 4 is constant and approximately equal to VL1 and VL2 respectively If the value of the resistance equivalent to R5 and R6 in parallel is negligible compared to the value of R3 then everything happens as if the feedback input of the amplification means 2 was connected to the reference potential of the device. The voltage gain of the amplification means 2 is then:
VS1 # (R3 + R4)
@@ @
# 1 + R1 #
Fr R3 # R4
The value of R1 is chosen for example such as:
R1 # 10.R3
R1 # 10.R4 V then CY 21
V
e
The signal therefore undergoes an amplification approximately ten times greater than in the previous case.
Les diodes 6 et 7 n'étant pas idéales, lorsque l'une d'elles commence à se bloquer sa résistance dynamique augmente, s'ajoutant en série avec la résistance R3, elle provoque une diminution de la contreréaction ramenée par R3 et par conséquent le gain en tension des moyens d'amplification 2 augmente. Cette augmentation du gain provoque une accélération du blocage de la diode considérée, il suffit donc d'une faible variation de la tension d'entrée V e pour bloquer complètement la diode considérée. Ainsi la zone de fonctionnement où la transmission du signal est non linéaire est très réduite. The diodes 6 and 7 not being ideal, when one of them begins to block its dynamic resistance increases, adding in series with the resistance R3, it causes a reduction in the counter-reaction brought back by R3 and consequently the gain in voltage of the amplification means 2 increases. This increase in gain causes an acceleration of the blocking of the diode considered, it therefore suffices a small variation of the input voltage V e to completely block the diode considered. Thus the operating area where the signal transmission is non-linear is very reduced.
Les mesures réalisées sur cet exemple de réalisation montrent que le taux de distorsion de non linéarité est de l'ordre de 0,05% lorsque l'amplitude crête à crête du signal d'entrée est égale à 95% de la différence VL2 - VL1 entre les deux valeurs de seuil. Le dispositif selon l'invention est applicable notamment pour limiter l'amplitude de signaux dont la valeur maximale est de l'ordre de 0,1V crête à crête, ce qui n'est pas réalisable avec un écrêteur classique à deux diodes,
La réduction de la plage de fonctionnement non linéaire permet non seulement d'éviter une transmission distordue du signal, mais permet aussi une limitation à des valeurs plus précises, ce qui est très appréciabledans certaines applications.Le dispositif selon l'invention est applicable, par exemple, à un émetteur de télévision, à deux voies audio transmises par modulation de fréquence, pour limiter avec précision l'amplitude du signal audio de chacune de ces voies afin d'éviter une intermodulation des deux voies causée par une excursion de fréquence excessive due à une amplitude excessive d'un des signaux audio.The measurements carried out on this exemplary embodiment show that the non-linearity distortion rate is of the order of 0.05% when the peak-to-peak amplitude of the input signal is equal to 95% of the difference VL2 - VL1 between the two threshold values. The device according to the invention is applicable in particular to limit the amplitude of signals whose maximum value is of the order of 0.1V peak to peak, which is not possible with a conventional clipper with two diodes,
The reduction in the non-linear operating range not only makes it possible to avoid distorted signal transmission, but also allows limitation to more precise values, which is very appreciable in certain applications. The device according to the invention is applicable, by example, to a television transmitter, with two audio channels transmitted by frequency modulation, to precisely limit the amplitude of the audio signal of each of these channels in order to avoid intermodulation of the two channels caused by excessive frequency excursion due an excessive amplitude of one of the audio signals.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, en particulier il est à la portée de l'homme de l'art de réaliser différemment les moyens d'écrêtage 3, leur caractéristique essentielle étant de présenter une faible résistance, par rapport à R3, entre la borne d'entrée 8 et la borne de sortie 4 lorsque la valeur du signal est comprise entre les deux valeurs de seuil et de présenter une forte résistance, par rapport à R3 , lorsque la valeur du signal est inférieure à la première valeur de seuil ou supérieure à la seconde valeur de seuil. The invention is not limited to the embodiments described and shown, in particular it is within the reach of ordinary skill in the art to produce the clipping means 3 differently, their essential characteristic being to have a low resistance. , with respect to R3, between input terminal 8 and output terminal 4 when the signal value is between the two threshold values and present a strong resistance, compared with R3, when the signal value is less than the first threshold value or greater than the second threshold value.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8221043A FR2538141B3 (en) | 1982-12-15 | 1982-12-15 | DEVICE FOR LIMITING THE AMPLITUDE OF A SIGNAL BY UPPER AND LOWER CLIPPING |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8221043A FR2538141B3 (en) | 1982-12-15 | 1982-12-15 | DEVICE FOR LIMITING THE AMPLITUDE OF A SIGNAL BY UPPER AND LOWER CLIPPING |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2538141A1 true FR2538141A1 (en) | 1984-06-22 |
| FR2538141B3 FR2538141B3 (en) | 1985-10-11 |
Family
ID=9280136
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8221043A Expired FR2538141B3 (en) | 1982-12-15 | 1982-12-15 | DEVICE FOR LIMITING THE AMPLITUDE OF A SIGNAL BY UPPER AND LOWER CLIPPING |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2538141B3 (en) |
-
1982
- 1982-12-15 FR FR8221043A patent/FR2538141B3/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2538141B3 (en) | 1985-10-11 |
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